从诞生之日起,数学的历史就与游戏密不可分。事实上,自从人类开始玩游戏,并且与此同时开始发展数学,我们所说的严肃数学和趣味数学(即数学谜题)就一直是错综复杂、不可分割的,这种情况一直持续到17世纪之前。1612年,法国出版了第一部专门致力于数学谜题的专著——《既有趣又令人惬意的问题》(Problèmes Plaisants et Délectables qui se Font par les Nombres),作者是克劳德-加斯帕尔·巴谢·德·梅齐里亚克(Claude-Gaspar Bachet de Méziriac)。从那以后,数学开始逐渐向这两个方面分化。然而,二者依然会频繁地产生交集,比如费马和帕斯卡关于概率的先驱性著作,以及众多伟大的数学家——从牛顿到欧拉,再到高斯,都曾对数学谜题很感兴趣。到20世纪中期,有关博弈论的严肃数学已经明确形成。
古代文明中的游戏和数学
在伟大的文明古国巴比伦和古埃及,棋盘游戏和休闲游戏已经出现,二者实际上都用到了数学。埃及的塞尼特棋和巴比伦的乌尔皇室博弈,是流传至今的两种最早的棋盘游戏。我们可以在《莱因德纸草书》(Rhind Papyrus)中找到相关证据。这是埃及已知最早的数学古籍之一,其创作时间大约可以追溯到公元前1650年,于大约公元1850年在拉美西斯二世大型坟墓的发掘中被发现。1856年,它在卢克索被亚历山大·亨利·莱因德(Alexander Henry Rhind)购得,现藏于伦敦英国国家博物馆。该古籍涉及一些有关分配和度量的计算问题,实用性较强,还包括其他一些数学问题,体现出一定的娱乐性。
举例来说,《莱因德纸草书》中的第24个问题是“Aha,a quantity plus one seventh of it makes 19”。这句话用现在的说法就是:求一个数值,该数值与其七分之一之和等于19。这个问题很简单,用一次方程就能解出答案,不过古埃及人显然并不知道这种方法。纸草书的作者阿默斯(Ahmes)运用了一种有趣的技巧,叫作试位法。古埃及人就是用这种方法解决了很多算术问题。在这个例子中,解答方法如下:阿默斯假设这个数值是7,然后做出如下计算:7+7×1/7=8。
塞尼特棋是已知最古老的棋盘游戏之一。有记录显示,古埃及人会玩这种游戏。在古埃及皇室和平民坟墓的多处考古遗迹中都曾发现相关证据,包括描绘人们下棋场景的图片和镶嵌画等。1991年,T.肯德尔和R.梅对其进行了复刻,不过其明确的规则已不可考。他们还发现,塞尼特棋对亡灵的命运具有重要的象征意义,死者需要在冥王奥西里斯的注视下与自己的命运进行对决。《亡灵书》(Book of the Dead)中暗指,亡灵的来世取决于这个游戏的结果。游戏玩家以将对方的七个棋子移除棋盘为胜。塞尼特棋里有四根半圆柱短棍,一面是平的,另一面呈圆凸状,其功能相当于骰子。玩家将四根短棍同时掷出,根据平面向上的短棍数量,可能会出现五种结果。
这位抄写员在处理分数计算时,只使用了分子为1的分数,即单位分数,也叫埃及分数。古埃及人设计的这种分数计算法十分新奇,在不同历史时期,很多著名的数学家都曾对此进行研究,其中包括:意大利比萨的列奥纳多(Leonardo de Pisa,1175-1250),他是一位生活在中世纪的伟大数学家,也是验证埃及分数可行性的第一人;英国人詹姆斯·约瑟夫·西尔维斯特(James Joseph Sylvester,1814-1897),在单位分数和的基础上发现了表达分数含义的新方法;匈牙利人保罗·厄多斯(Paul Erdös,1913-1996),是20世纪研究成果最丰富的数学家之一,他设计了大量与埃及分数相关的开放性问题,并给出了解决方法。